Comprender la dinámica de los sistemas de mecánica cuántica en su escala de tiempo natural es el objetivo principal en la ciencia de attosegundos. Entre los sistemas más interesantes para investigar se encuentran las moléculas, que tienen un grado muy alto de complejidad, en particular en comparación con los sistemas atómicos.Hasta ahora, los pocos experimentos de attosegundos realizados en moléculas han proporcionado información valiosa sobre la dinámica de los electrones. En estos estudios, se supuso que la dinámica de los núcleos alrededor de los cuales evolucionan los electrones estaba 'congelada', dado que los núcleos son mucho más pesados que los electrones y, por lo tanto,se mueven más lentamente. Sin embargo, incluso en el régimen de tiempo de attosegundos, la aproximación de que el movimiento electrónico y nuclear están desacoplados entre sí a menudo no está justificada. En particular en las moléculas compuestas de especies atómicas ligeras, el movimiento nuclear puede ser tan rápido como la dinámica de los electrones., lo que resulta en un fuerte acoplamiento entre los dos.
Un equipo dirigido por la Dra. Laura Cattaneo y la Prof. Ursula Keller en el Departamento de Física de ETH Zurich ahora ha estudiado las moléculas más ligeras y más pequeñas, H2, y ha explorado lo que sucede cuando ocurre un movimiento nuclear y electrónico en un tiempo comparableescala. Como informan en un artículo publicado hoy en Física de la naturaleza descubrieron que en las moléculas los retrasos de ionización, el tiempo entre la absorción de un fotón y la emisión de un electrón durante la fotoionización, pueden depender significativamente de la energía cinética tanto del fotoelectrón como de los núcleos. Este hallazgo amplía el conceptode los retrasos de ionización introducidos para los sistemas atómicos. Las variaciones de los retrasos de ionización con la energía cinética nuclear pueden ser tan grandes como las variaciones con la energía cinética electrónica. Esto implica que siempre que los átomos de luz estén involucrados en el proceso de ionización molecular, el paquete de onda de electrones saliente no puede serdesenredado del paquete de ondas nucleares.
Estas mediciones en la escala de tiempo de attosegundos se basan en un enfoque experimental desarrollado anteriormente en el grupo Keller. En el llamado aparato AttoCOLTRIMS, la metrología de attosegundos se combina con la técnica de imagen COLTRIMS, en la que las propiedades correlacionadas de los fragmentos de un molecularse puede registrar la reacción. Esta capacidad experimental se combinó con una teoría ab initio casi exacta, realizada por colaboradores de la Universidad Autónoma de Madrid España, para describir los movimientos electrónicos y nucleares, así como el acoplamiento entre ellos.
La importancia de este trabajo va mucho más allá de la simple molécula H2 estudiada. Los átomos de hidrógeno están presentes en la mayoría de las moléculas orgánicas y biológicamente relevantes. La comprensión de los efectos y las contribuciones de los electrones acoplados y la dinámica nuclear presente en tales sistemas debería proporcionar una visión fundamental queser importante en varios campos de investigación.
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Materiales proporcionado por ETH Departamento de Física de Zurich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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